Jätevesipumppaamon virtausmittauksen tarkkuuden parantaminen

Abstract

Viemäriverkoston kunnon ja jätevesipumppaamoiden toiminnan seurantaa varten on tärkeää saada mahdollisimman luotettavaa tietoa jäteveden virtaamasta. Suurimmassa osassa Kymen Vesi Oy:n jätevesipumppaamoita on käytössä astiamittaukseen perustava virtausmittaus, joka on todettu epätarkaksi mittaustavaksi aikoina, jolloin vettä pääsee viemäriverkostoon normaalia määrää enemmän. Menetelmä on myös epätarkka pumppaamoissa, joiden ohjaustapana on taajuuskäyttö. Tämän työn tavoitteena oli kehittää astiamittausperiaatteeseen perustuvaa virtausmittausta tarkempi virtausmittausmenetelmä, sekä selvittää kehitetyn menetelmän luotettavuus.

Työ aloitettiin selvittämällä käytettävissä olevien virtausmittausmenetelmien vahvuudet ja heikkoudet. Tämän tiedon perusteella valittiin kehitettäväksi mittaustavaksi nimellistuottomenetelmään perustuva virtausmittaus. Työssä käytiin läpi olennaiset jätevesipumpun suorituskykyyn ja paineviemäriin liittyvät käsitteet, sekä niiden laskentaperiaatteet. Virtausmittausta varten tarvittavan paineviemärin lähtötietojen hankintatapaa vertailtiin teoreettisen laskennan ja käytännössä tehtävän painekoemittauksen välillä, josta luotettavammaksi valittiin painekoemittaus.

Selvitettyjen tietojen pohjalta kehitettiin nimellistuottomenetelmään perustuvaan virtausmittaukseen kompensointi, jonka avulla otetaan huomioon pumppaamosäiliön pinnankorkeuden ja pumpunkäyntitaajuuden muutoksen vaikutus virtausmittauksen lopputulokseen. Kompensoituun nimellistuottomenetelmään perustuva mittalaite toteutettiin Unitronics Vision120 ohjelmoitavalla logiikalla, mihin parametroitavat raja-arvot laskettiin valmiiksi Excel-laskentapohjalla. Tulosten todentamiseksi kehitetyt mittalaitteet asennettiin ohjaustavaltaan porras- ja taajuuskäyttöisiin pumppaamoihin, joissa on vertailumittauksena käytetty sähkömagneettinen virtausmittaus valmiiksi asennettuna. Tulosten seurantajakso kesti 14 vuorokautta ja tuloksiksi saatiin koko seurantajakson ajalta porraskäyttöisellä pumppaamolla 28,2 % suurempi vesimäärä kuin vertailumittauksella. Taajuuskäyttöisellä pumppaamolla saatiin vastaavasti 8,8 % vertailumittausta pienempi lukema.

For monitoring sewer network condition and functions of wastewater pump stations, it is important to obtain reliable information on the wastewater flow. In the majority of wastewater pump stations in the operating area of Kymen Vesi Oy, volumetric flow measurement is used for measuring wastewater flow. This method has been found to be an inaccurate way of measuring flow at the times when more than the normal amount of water reaches the sewer system. This method is also inaccurate at pumping stations where pumps are controlled by a frequency controller. The objective of this study was to develop a flow measurement which is more accurate than volumetric flow measurement, as well as to investigate the reliability of the developed method.

This study started by examining the strengths and weaknesses of the available flow measuring methods. Based on this information, the nominal value flow measurement method was selected to be developed. The relevant wastewater pump performance and pressure sewer related concepts as well as their calculation principles, were assessed. The baseline pressure pipe information required for nominal value flow measurement can be found through theoretical calculations or practical pressure test measurements. These two methods were compared and pressure test measurements were estimated to be more reliable.

A compensation to the nominal value flow measurement method was developed, which takes into account the change of the pumping station tank level and change of the pump operating frequency on the flow measurement outcome. Compensated nominal value flow meter devices were created using Unitronics Vision120 programmable logic controllers, for which parametrized limit values were pre-calculated using a calculation form in Excel. In order to verify the results of the developed measuring devices, they were installed onto step- and frequency-operated pumping stations which already have a reliable known electromagnetic flow meter installed. The follow-up period lasted 14 days, and the results of the whole follow-up period was that 28.2% greater amount of water was recorded than the reference measurement at a step-operated pumping station. At a frequency-operated pumping station, the reading was 8.8% lower than the reference measurement.

On the basis of this study, it was decided to leave one of the developed measuring devices for continuous use at the second comparison site, Kotkansaari pumping station. In the future, the measuring device will be used for tracking sewer network leaks at the waste water pumping stations in problem areas.